传输线理论综述

传输线理论综述凡是能够引导电磁波沿一定方向传输的导体、介质系统均可称为传输线。微波传输线不仅可以用来传输电磁能量，还可以用来构成多种微波元件。传输线的种类繁多，按传输媒质和结构上的特点，传输线可分为双线传输线、微带传输线、波导管传输线、表面波传输线和光导纤维等类。按其传输的电磁波类型可以分为以下三类：1．TEM波传输线，其中包括平行双线、同轴线、带状线和微带线等。这类传输线主要用于传输输TEM波，具有频带宽的特点。但在高频传输电磁波能量损耗较大。2．TE波和TM传输线，又称包微波传输线，其中包括矩形波导、圆波导、脊波导和椭圆波导等，这类传输线主要用来传输TE波和TM等色散波，具有损耗小、功率容量大、体积大而带宽窄等特点。3．表面波传输线，包括介质波导、镜像线、单极线，他主要用于传输表面波，电磁波能量沿传输线表面传输，这类传输线具有结构简单、体积小、功率容量大等特点，主要用于毫米波段，用来制作表面天线及某些微波元件。一般对微波传输线基本要求是：能量损耗小、传输效率高、功率容量大、工作频带宽、尺寸均匀等。目前，微波波段使用最多的是矩形波导、圆波导、同轴线、带状线和微带线。传输线的性能参数通常用衰减系数、相移系数、特性阻抗，或与之相对应的其它参数来描述。其数值仅与传输线的结构、几何尺寸、制造传输线使用的材料、工作波长(或工作频率）有关。传输线有长线和短线之分，所谓长线是指传输线的几何长度与线上传输电磁波的波长比值（电长度）大于或接近于1，反之成为短线。传输线方程是研究传输线上的电压、电流变化规律及其相互关系的方程，它可由均匀传输线的等效电路导出。传播常数是描述电压或电流行波沿传输线行进过程中的衰减和相移的参量。特性阻抗传输线上行波传播时的电压与电流之比。它与频率无关，仅取决于线本身的物理参数和几何尺寸，可表征线的“特性”，故称特性阻抗。信号从源端经传输线传向终端，当终端接有负载阻抗ZL≠Z0时，则传向负载的入射波将激起从负载向源方向的反射波。传输线上某点处反射液电压与入射波电压之比为该点的电压反射系数，简称反射系数。传输线上的反射波与入射波叠加后形成驻波，即沿线各点的电压和电流的振幅不同，以1/2波长为周期而变化。电压（或电流）振幅具有最大值的点，称为电压（或电流）驻波的波腹点；而振幅具有最小值的点，称为驻波的波谷点；振幅值等于零的点称为波节点。线上某电压波腹点与相邻波谷点的电压振幅之比称为电压驻波比，简称驻波比；其倒数称为行波系数。阻抗匹配则是为了使传输线向负载有最大的功率转移，即要求负载阻抗与传输线的特性阻抗相等。传输线不仅用于传送电能和电信号，还可以构成电抗性的谐振元件。例如，长度小于1/4波长的终端短路或开路的传输线，其输入阻抗是感抗或容抗；长度可变的短路线可用作调配元件（短截线匹配器）。又如长度为1/4波长的短路线或开路线分别等效于并联或串联谐振电路，称为谐振线；其中1/4波长短路线的输入阻抗为无穷大，可用作金属绝缘支撑等。此外，还可利用分布参数传输线的延时特性制成仿真线等电路元件。参考文献：[1]黄乘顺、李星亮，传输线阻抗匹配的分析与设计[J].科学技术与工程.2007-4；[2]刘学观、郭辉萍，微波技术与天线（第三版）[B].西安电子科技大学出版社.2012-1-3；[3]张军萍，微波传输线的特性及应用研究[J].科技创新与应用.2013-3。